浅谈砂型铸造排气系统的设计.pdf

M a r 2 0 1 7 V O I 6 6N 0 3垂篙帅煮 2 6 3 浅谈砂型铸造排气系统的设计 纪汉成，汤叶卫 ( 科华控股股份有限公司，江苏常州2 1 3 3 5 4 ) 摘要：砂型铸造排气系统的设计是铸造工艺设计中的重要环节，对铸件的质量影响很大。合理的排气系统可有效防 止铸件产生气孔、粘砂、呛火和气缩孔等铸造缺陷，提高金属液的充型能力。本文介绍了砂型铸造工艺设计中各种 排气系统的设计，包括砂芯排气及型腔排气措施，如排气孔、排气绳、排气通道、排气塞、出气孔、排气片、排气 冒口、溢流冒口和点火引气等，可为业内同行提供经验及参考。 关键词：砂型铸造；排气系统；气孔；预防措施 中图分类号：T G 2 4 2文献标识码：B文章编号：1 0 0 1 4 9 7 7 ( 2 0 1 7 ) 0 3 0 2 6 3 0 6 D e s ig no ft h eV e n tS y s t e mo fS a n dC a s t in g J IH a n ch e n g ，T A N GY e w e i ( K e h u aH o l d in g sC o ，L t d ，C h a n g z h o u2 1 3 3 5 4 ，J ia n g s u ，C h in a ) A b s t r a ct ：T h ed e s ig no f t h ev e n ts y s t e miso n eo f t h eim p o r t a n tp a r t sint h ed e s ig no f t h eca s t in gp r o ce s s ，w h ich g r e a t l ya f f e ct st h eca s t in gq u a l it y T h eo p t im a lv e n ts y s t e mca ne f f e ct iv e l yp r e v e n tt h eca s t in gd e f e ct ss u cha s b l o w h o l e ，b u m in g o n , b o il in g , b l o w h o l es h r in k a g e ，e t ca n dim p r o v et h em o l d f il l in gca p a cit yo ft h em e l t T h e d if f e r e n tv e n ts y s t e md e s ig n so f t h es a n dca s t in gw e r ein t r o d u ce d , in cl u d in gs a n dco r ev e n t in ga n dm o l dca v it y v e n t in g , s u cha sv e n t in gh o l e s ，e x h a u s tr o p e ，v e n t in gch a n n e la n dv e n t in gp l u g ；a ire x h a u s Lv e n t in gr is e r , o v e r f l o we x h a u s tr is e r , ig n it io nv e n t in ge t cw h ichca np r o v id ev a l u a b l ee x p e r ie n ce sa n dr e f e r e n ce sf o rt h ep e e r s int h ef o u n d r y in d u s t r y K e yw o r d s ：s a n dca s t in g ；v e n ts y s t e m ；b l o w h o l e ；p r e v e n t iv em e a s u r e s 1 排气系统的作用、分类及设置原则 1 1 排气系统的作用 ( 1 ) 排出砂型中型腔、砂芯以及由金属液析出的 各种气体。 ( 2 ) 减小充型时型腔内气体压力，改善金属液充 型能力。 ( 3 ) 排出先行充填型腔的低温金属液和浮渣。 ( 4 ) 便于观察金属充填型腔状态及充满程度。 1 2 排气系统的分类 排气系统的分类主要有两大类：铸型型腔排气和 砂芯排气；另外，还涉及造型制芯过程中排气塞排气 和浇注时点火引气排气。 出气孔是型腔各类出气冒口、砂型和砂芯排气通 道的总称，为设置在型内或芯内的片状或针状空腔。 型腔排气主要有出气孑L 、出气针、出气片、排气过滤 片、砂粒( 型) 间隙；各类顶侧明暗冒口、压边冒口、 溢流冒口、保温发热排气冒口、排气塞排气、点火引 气等。砂芯排气主要有出气孔、出气针、排气片、排 气槽、排气绳、排气通道、填充燃烧介质、增大空隙 材料、砂粒( 芯) 间隙和排气塞排气等。 1 3 排气系统的设计原则 设计排气系统时，应以型腔气体与砂芯气体分开 排出为原则，要尽量避免铸件本体直接排气。 ( 1 ) 出气孔的设置位置应不破坏铸件的补缩条 件，通常不宜设置在铸件的热节和厚壁处，以免因出 气孔冷却快导致铸件在该处产生收缩缺陷。 ( 2 ) 设计排气系统前，应根据铸件的结构和质量 要求，合理选择造型制芯方法及工艺配方，选择发气 量低、透气性好的砂型砂芯，预防铸件产生气孔类缺 陷。 ( 3 ) 出气孔、出气针、排气片和冒口等一般设置 在铸件浇注位置最高点，充型金属液最后到达的部位， 砂芯发气和蓄气较多的部位，型腔内气体难以排出的 “死角”处及冷铁的上方。 ( 4 ) 出气孔、出气针、排气片和冒口应尽量不与 型腔直通，可采用引出过道与型腔连通( 引出式出气 孔) ，以防止因掉砂等原因导致散砂落入型腔。 ( 5 ) 对于大中型复杂铸件及由多个砂芯组芯造型 时，应在各个砂芯上设计排气通道，在外型上设主排 收稿E 1 期：2 0 1 6 1 l _ 0 7 收到初稿，2 0 1 6 1 1 - 2 9 收到修订稿。 作者简介：纪汉成( 1 9 6 6 一) ，男，研究员级高工，主要从事铸造工艺、熔炼技术及质量管理工作。E - m a il ：j ih a n ch e n g 1 6 3 co m 2 6 4 F O U N D R Y M a r 2 0 1 7 V O I 6 6N O 。3 气口，砂芯中的气体通过排气道由里向外主排气口排 出。为防止金属液堵死砂芯排气孔，砂芯间、芯头与 芯座间应配合密封到位或采用密封条、岩棉等填塞芯 头。 ( 6 ) 出气针、排气孔、排气片类出气孔只用于排 气，不允许进金属液；出气片、出气针和溢流冒口类 排气日不仅起排气浮渣作用，还起补缩、溢流冷金属 液和激冷作用。 ( 7 ) 一般认为，未设置明冒口的铸件，出气孔根 部总截面积最小应等于阻流总截面积，以保证出气孔 能顺畅地排出型腔中的气体。对于树脂砂造型铸件， 高压湿型造型件及气缸、液压、涡轮增压器涡轮壳， 中间壳类复杂薄壁铸件，总排气总面积往往要大于内 浇道及阻流面积的1 5 2 5 倍 1 ，才能使型腔气体J l 顷, N 顺畅排出，保证铸件质量。 ( 8 ) 直接出气孔不宜过小，必要时可在出气孔根 部设置溢流杯，既可排出脏的金属液，又可防止在出 气孔根部产生气孔。 ( 9 ) 出气孔根部的直径( 或厚度) ，不大于设置 处铸件厚度的1 2 ，间接出气孔的直径可大些。 ( 1 0 ) 浇注时及时点火引气，排出型腔内产生的 气体，降低型腔内气压，防止铸件产生气孔、呛火和 爆炸性粘砂等缺陷。 2 排气系统设计缺陷及废品原因分析 在砂型铸造工艺设计中，铸造工艺设计人员往往 只注重铸造工艺参数的设计，浇注系统的设计，冒口 补缩系统的设计，冷铁激冷系统的设计等等。但对排 气系统设计不够重视，特别是浇冒口系统设计与排气 系统设计配合不到位，对铸型型腔和砂芯的排气能力 未加校核。如果铸造排气系统设计不合理，铸型型腔 和砂芯的排气不畅，浇冒口系统设计考虑不周到，铸 件会产生侵入性气孔、爆炸性粘砂、呛火、气缩孔、 浇不足和冷隔等铸造缺陷及金属液喷溅伤人安全事故。 生产产品的主要废品率大部分集中在气孔和粘砂缺陷 上，这会造成很大的经济损失，也是铸造工作者急切 要解决的问题之一。 ( 1 ) 排气系统布局不合理，铸型型腔和砂芯排气 不充分，砂芯结构设计不当，排气总面积偏小，导致 铸件产生侵入性气孔、粘砂和呛火等缺陷。 ( 2 ) 排气系统中有效出气孔面积偏小，出气针未 扎通 2 ，且砂型的紧实度偏高，透气性差，影响了型腔 的排气能力，铸件会产生气孔和粘砂缺陷。 ( 3 ) 采用高压湿型模板机器造型，以及采用热芯 盒和冷芯盒制芯时，由于在模具型腔内部起模较深， 死角处、射砂砂流交汇处、拐弯处及型腔内部产生 “窝气”，难以顺利排出，致使铸型起模不良，砂芯射 砂不实，影响砂芯质量和铸型质量。 ( 4 ) 一般认为，未设置明冒口的铸件，出气孔根 部总截面积最小应等于阻流总截面积，以保证出气孔 能顺畅地排出型腔中的气体。复杂薄壁件中砂芯发气 量大，透气性差，烘干不到位，且未钻排气孔或未钻 到位，浇注时砂芯产生的气体大，难以顺利排出，从 而使铸件产生气孔和气缩孔缺陷。 ( 5 ) 设计排气系统前，未根据铸件的结构和质量 要求选择发气量低、透气性好的砂型砂芯及工艺配方， 加大了铸件产生气孔类缺陷的倾向。经8 5 0 测定发 气量指标：一般粘土砂为1 0 4m L g ，水玻璃砂为 6m u g ，树脂砂为1 5m L g ，覆膜砂为1 5 1 7m u g ，冷 芯砂为1 2m L g 。 ( 6 ) 砂芯芯头与芯座密封不到位，金属液堵塞排 气道，砂芯无法排气，致使铸件产生气孔、呛火缺陷。 ( 7 ) 浇注系统设计不当，未形成自下而上的温度 梯度，且浇注时不平稳，浇注温度较低，浇注速度太 慢，金属液表面氧化膜形成早，致使型腔内原有的气 体来不及排出，铸件会产生气孔、呛火、浇不足和冷 隔缺陷。 ( 8 ) 对于树脂砂型铸件，树脂砂型发气量大，如 果出气孔偏小，溢流金属液少，造成型腔排气不畅通， 铸件会产生气孔、渣孔和气缩孔等铸造缺陷。 ( 9 ) 浇注时未及时点火引气，致使型腔内产生气 压加大，铸件会产生气孔和呛火缺陷，甚至会发生金 属液喷溅安全事故。 3 合理排气系统设计及工艺预防措施 合理排气系统的设计不仅要考虑浇冒口系统设计 优化，排气系统布局合理，使型腔和砂芯排气通畅， 还要注重型砂、砂芯的水分、紧实率、粒度、发气量、 透气性和烘干程度等砂型参数的控制。还有有关金属 液的浇注参数，如浇注温度、速度及平稳度和浇注时 点火引气对铸件排气能力的影响。这些工艺设计参数、 砂型性能参数、浇注参数控制对铸件质量影响甚大， 有利于防止铸件产生气孔和粘砂等缺陷。砂型型腔砂 芯不仅要排气好，还要发气量低，透气性好。 合理的排气系统是在型腔内金属液形成表面氧化 膜之前能及时将型腔气体排出，同时由于表面氧化膜 的及时形成避免了粘砂产生 3 】。提高浇注温度，长时间 保持高温铁液对上型的烘烤，可以延缓氧化膜的形成， 增强排气，降低气孑L 废品，但是会带来粘砂。通过综 合考虑排气系统和浇注温度，对气孔和粘砂废品的影 响，找到两者之间的平衡点，使型砂参数符合工艺要 求情况下，找到表面氧化膜形成的最佳时机，降低粘 砂和气孔废品率。 为了合理设计排气系统，首先应优化浇冒口系统 铸造纪汉成等：浅谈砂型铸造排气系统的设计 2 6 5 的设计，其次，总排气面积应当合理正确。一般总排 气有效面积 浇注系统最小断面。对于树脂砂造 型铸件及气缸、液压件和涡轮增压器( 涡壳、中间壳) 等复杂薄壁铸件，总排气面积应当足够大，其总排气 有效面积赡= ( 1 5 2 5 ) 厢”l ，保证型腔及砂芯排气 畅通及时，防止铸件产生气孑L 和粘砂缺陷。砂型铸造 的排气系统设计可分为型腔的排气系统设计和砂芯的 排气系统设计。 3 1型腔排气系统设计 型腔排气系统的设计可分为浇冒口、出气孔、出 气针、出气片和排气片的排气，以及砂粒( 型) 间隙 的排气三部分。型腔排气方向一般向上和沿分型面排 气，也有侧边及向下底部排气。 ( 1 ) 浇冒口的排气。浇冒口系统的排气是型腔排 气的主要途径 4 1 ，但不合理的排气系统设计则难以起到 有效的排气作用。工艺设计时应优先采用压边冒口、 飞边冒口、侧边冒口、顶缩颈明冒口，尽可能大地增 加其排气面积，增强型腔的排气能力和冷金属液的溢 流能力。适度的金属液溢流量，有利于排出金属液熔 渣、散砂和气体，还能很好地补缩铸件热节，消除缩 孔缩松缺陷。 浇注系统设置要合理，要考虑型腔排气畅通及金 属液平稳地流入铸型。浇注系统设计优先采用中注式 或阶梯式浇注工艺，提高型腔内上型的金属液温度， 形成型腔内上高下低的金属液温度梯度，为金属液中 气体顺利溢出创造有利条件。在铸件的一侧引入金属 液，在其侧面或对面设置出气孔和溢流冒口，并尽量 将冒口设置在铸件最高处，使型腔内的气体定向排 出 5 1 。 新型排气冒口的应用：在汽车配件、液压件等的 铸造生产中，普遍使用保温发热冒口提高冒口的补缩 效果，提高铸件的工艺出品率。但在砂型中放置保温 或发热冒口，在浇注时透气性差，发热发气快，容易 形成气阻，影响冒口的补缩能力，仅靠冒口自带小孑L 的排气孔，很难起到应有的排气作用，且操作时要设 置出气孔排出型腔外，还要防止碎砂掉入冒口内。应 用新型排气冒口很好地解决了这个问题，见图1 ，在冒 口顶部设置保温排气材料，一是起到了很好的排气和 保温作用，二是操作方便实用，有效防止碎砂掉入冒 口内，防止铸件产生砂眼缺陷。 ( 2 ) 出气孔、出气针、出气片、排气片的排气。 在铸件上型凸台及难以排气的地方，应用出气孔、出 气针、出气片时应保持与大气相通，增强型腔的排气 效果。特别是对于高压造型高硬度的铸型，不钻通的 排气孔不仅没有排气作用，反而变成了铸型的最高点， 产生引气的功效，致使该出气针根部周边变得更容易 出现气孔。 图1 新型排气发热冒口 F ig 1N e w e x o t h e r m icr is e rf o rv e n t in g r L 在设计排气系统时，应将型腔气体与砂芯气体分 开排出，尽量避免直接在铸件本体顶面排气，可以在 铸件边沿附近设置排气针，并用扁而薄的排气连接片 将其与铸件连接( 边起眼) ，目的是避免从排气眼掉落 碎砂，导致铸件产生砂眼缺陷。 为做到型腔排气通畅无阻，除了确保排气面积与 内浇道总面积比例足够大之外，排气部位布置的合理 与否也十分关键。合理布局排气部位和使用排气过滤 片。如果需要在铸件本体顶面设置型腔排气通道时， 可在排气眼底部设置排气过滤片( 6 ，见图2 ，既可以排 除气体，也可以避免碎砂落人型腔而产生砂眼缺陷。 当铸件本体某些部位必须设置排气眼，又没有合适的 凸台设置通气针时，排气过滤片1 6 1 就十分方便，见图3 ， 既可以排气又可以防止砂眼的产生，几乎不用清理。 ( 3 ) 砂粒( 型) 间隙的排气。砂型透气率高低对 型腔中气体的排出亦十分重要。这涉及到原砂的选用， 主要表现在原砂粒度选用，型砂性能控制，在此方面 工艺设计需要提出合理的型砂性能和透气率指标等要 求。铸型紧实度要适当，灼烧减量要适合，保持良好 的透气性。另外，砂型造型时可多扎气眼，尽量减少 砂型用量及吃砂量有助于型腔气体的排出。 图2 安装在排气跟底部的排气过滤片 F ig 2E x h a u s tf il t e r sin s t a l l e da tt h eb o t t o mo f v e n t in gh o l e 图3 安装在上型的排气过滤片 F ig3E x h a u s tf il t e rin s t a l l e dint h et o pp a r t ( 4 ) 采用高压造型及热芯盒、冷芯盒制芯时，由 于在模具型腔内部产生“窝气”且难以顺利排出，致 2 6 6 F O U N D R Y M a r 2 0 1 7 V O I 6 6N O 3 使铸型起模不良，砂芯射砂不实。故此采用加装排气 塞很好解决了这个问题。合理选用和设置排气塞，能 弥补芯盒结构或砂型砂芯本身结构的一些不足，最终 得到成形良好的砂芯和铸型。 ( 5 ) 在砂型铸造中，对于大中型铸件的生产，经 常采用一种简单实用的方法，即在浇注的过程中及时 点火引气，也就是通过点燃预先准备好的燃烧介质将 浇注过程中产生的气体引燃，能够将型腔内产生的气 体排出，减少型腔内气压，有利于金属液充型，防止 铸件产生气孔、呛火、爆炸性粘砂缺陷及金属液喷溅 安全事故。因此点火引气法在砂型铸造中有积极的作 用。对于底部向下排气的铸型要适当垫高，保证排气 畅通。 ( 6 ) 气孔主要是由铁液内部的气体形成的。降低 型砂、芯砂发气量、增加和增大排气眼、平稳浇注等 常用气孔防止措施只能排除和减少金属液外围的气体 和有限地减少进入铁液内部的气体，但未必能排除已 进入铁液内部的气体，因此这些措施防止气孔的作用 往往是有限的，并不能彻底消除气孔。排除金属液内 部气体是防止气孔的关键，因而要尽量提高液面温度 和浇注速度，使液面推迟形成氧化膜，使金属液内部 气体在液面被氧化膜封闭之前有充分时问排出。 ( 7 ) 对于树脂砂造型的大中型铸件，由于树脂砂 发气量大，出气孔的设计不宜小，一般在出气孔的上 部设置溢流冒口杯，适度溢流冷的和不纯净的金属液， 使型腔排气畅通，防止铸件产生气孔、渣孔和缩孔等 铸造缺陷。 ( 8 ) 根据铸件的结构和质量要求，选择合理经济 的造型制芯方法及工艺配方，优先选择发气量低、透 气性好的砂型砂芯，预防铸件产生气孔类缺陷。如湿 型砂型，水玻璃砂芯，低发气量、高强度覆膜砂等。 ( 9 ) 据资料介绍，型腔排气孔的排气面积之和计 算公式： S = ( 1 5 - - 4 ) 2 2 6 G l ( p x t x h r 为t t ) ( 1 ) 式中：s 为排气面积，cm 2 ；G 为浇注质量，k g ；p 为金 属液密度，k cm 3 ；h p 为浇注压头，cm ；f 为浇注时间， s ；x 为速度因子，浇注口不加过滤网时取0 4 5 ，浇注口 加过滤网时取0 3 5 ；公式中( 1 5 4 ) 倍的取值原则， 当铸件主体壁厚大于1 5m l n 时取1 5 倍，铸件主体壁厚 小于1 0m m 时取4 倍。 3 2 砂芯排气系统的设计 合理设计砂芯排气系统，应综合考虑砂芯本身排 气孔、排气通道；砂芯与铸型配合排气；以及砂芯本 身透气性良好，发气量低，排气性能好。砂芯排气方 向一般向上和沿分型面排气，也有侧边及向下底部排 气。 3 2 1 砂芯排气孔、排气通道的制作方法 ( 1 ) 简单件用砂芯。该类砂芯的种类及排气方法 见表1 。 ( 2 ) 复杂件用砂芯。对于气缸、液压、汽车涡壳、 中间壳类等复杂薄壁件，尤其要改善砂芯的排气条件， 使用覆膜砂小砂芯，可用手动工具将砂芯芯头掏空或 用电动工具钻出要求尺寸的排气孔。如图4 所示中间壳 油道芯红色钻孔线标志函2 5m m x 4 0in iil 。 表1 简单件砂芯及排气方法 T a b l e1S a n dco r e sa n dt h ev e n t in gm e t h o df o rs im p l eca s t in g s 砂芯种类排气方法 简单的小砂芯，如圆柱体砂芯 细长的砂芯 弯曲程度不大的弯曲砂芯 断面较薄，形状复杂的砂芯 断面厚大，形状复杂的砂芯 长高圆柱体砂芯 分两半制芯，再合并为一个整体砂芯 断面厚大的大砂芯 封砂封芯铸造大砂芯 用通气针在舂好的砂芯上扎出通气孔( 出气眼) 用一根比砂芯长一些的粗铁丝埋入芯中，砂芯舂好后抽出铁丝，留下排气孔 用光滑的绳子埋人芯中，舂好后抽去绳子，留下排气孔 用蜡线或松香埋入芯中，砂芯经烘烤后，蜡线、松香熔化消失，留下排气孔 用草绳或排气绳埋入芯中，烘烤后草绳烧去，留下排气孔 用壁上钻有孑L 洞的钢管制作芯骨，钢管就是通气孔 组芯前在芯头处划出通气道后再粘接砂芯烘干 只有通气道是不够的，在距芯盒壁5 0 1 5 0m m 处，埋入焦炭或炉渣等加通气材料 采用排气芯撑排气定位，将砂芯固定牢靠，并将砂芯内产生的气体可靠顺畅地排出型外同 ( 3 ) 采用热芯盒制芯时排气孔。在热芯盒设计 时，设计通气针，射芯时形成通气孔。对于较大的覆 膜砂芯，在射砂时利用未完全凝固时扎通气孔，或利 用机器翻转将砂芯内砂倒空，形成通气孔。 ( 4 ) 大中型复杂砂芯排气。对于形状复杂的大中 型砂芯，应开设纵横交叉的排气道，排气道必须通至 芯头端面。往往在内腔芯头部位或芯骨上缠绕空心尼 龙绳，砂芯之间排气道通过主排气道连接并引出型腔 外 8 】，或在后序过程中分别通过周身钻孔的排气钢管排 出去。 ( 5 ) 大中型复杂铸件排气。对于内腔形状复杂的 大中型铸件时，为了保证砂芯排气畅通，在制芯时预 埋排气介质 9 ( 如图4 所示，采用泡沫塑料充当排气介 质) 。当浇注时，埋在砂芯中的排气介质受热就会快速 气化，形成一条完整的排气通道，从而保证砂芯排气 畅通。 ( 6 ) 采用3 D 打印技术形成树脂砂及热芯冷芯无法 制作的复杂铸件流道芯、水道芯排气孑L 、排气通道， 铸造 纪汉成等：浅谈砂型铸造排气系统的设计 2 6 7 保证砂芯排气畅通，取得了良好的技术效果。 ( 7 ) 对于复杂内腔的铸件，如何正确开设砂芯的 排气孔往往是获得合格铸件的关键。然而，在复杂的 砂芯中开设排气孔又是一道相当困难的操作工序。 研究者( W o r m a na n dN ie m a n ) 认为，砂芯排气孔 的开设与否及开设的大小尺寸取决于制芯材料的种类 及砂芯和芯头的大小等。消除由砂芯中的挥发物所产 生的侵入气孔的基本条件是 1 0 】： a v ( 1 - A ) 一唧 ( 2 ) 砂芯排气孔面积计算公式： 酽。( 1 A ) 一 ( 3 ) A 2 轰 ( 4 ) 式中：y 。为液态金属的比重，g cm 3 ；y ：为砂芯比重， g cm 3 ；P 为砂芯的透气性，cm 4 ( g - S ) ，H 为金属液面 至砂芯上顶面的距离，cm ；G 为砂芯混合料的发气性， cm 3 g ；C 为砂芯气体分解百分比；a v 为砂芯排气孔总断 面积，cm 2 ；O ；cm 为砂芯与液态金属接触面积，cm 2 ； 为芯头断面积，cm 2 ，K 为换算系数，2 1 6 6cm 2 s 。 因此，砂芯排气孔截面积的理论计算法就愈显得 可靠实用。如果金属液的比重大，浇注有效压头高， 砂芯透气性高，即砂芯排气孔截面积就可大大减小。 在一定条件下，即使是复杂砂芯亦可省去繁复的排气 孔开设工序。但具体还需要实践验证，以铸件不产生 气孑L 类缺陷为准。 一 图4 中间壳油道芯钻孔 F ig 4D r il l in gint h em id d l es h e l lo f o ilch a n n e l 图5 在芯头处预埋泡沫塑料 F ig 5E m b e d d e df o a mint h eco r eh e a d 3 2 2 砂芯与铸型配合良好排气 ( 1 ) 结构要设计合理得当，砂芯粘接牢固，砂芯 芯头尺寸要足够大，防止高温金属液包围芯头部位， 出现排气道堵塞，影响砂芯的排气能力。 ( 2 ) 头与芯座配合密封到位，合箱时要注意封死 芯头间隙，防止金属液进入出气孔，堵塞排气道，铸 件产生气孔、呛火等缺陷。 ( 3 ) 砂芯间和砂芯与砂型间的排气道要围以封箱 条或石棉绳，以防止金属液串人气道。在下型排气道 及砂芯排气孔相对应的位置，可用手工方式钻出上型 排气道。 3 2 3 砂芯透气性良好，发气量低，排气性好 选用发气量较低、强度较高的覆膜砂，覆膜砂芯 尽量中空，提高砂芯的透气性、烧结烘干程度及耐高 温性能，可预防气孔缺陷。 4 结语 ( 1 ) 设计排气系统时，应以型腔气体与砂芯气体 分开排出为原则，要尽量避免在铸件本体直接排气， 防止铸件产生砂眼。 ( 2 ) 设计排气系统前，应根据铸件的结构和质量 要求，合理选择造型制芯方法及工艺配方，优选选择 发气量低、透气性好的砂型砂芯，预防铸件产生气孔 类缺陷。 ( 3 ) 在排气系统设计时，不仅要考虑排气通道截 面积适当，同时也必须考虑排气布局的合理，直接在 铸件本体的平面部位采用排气过滤片是较为便捷和经 济有效的方法。 ( 4 ) 设计排气系统时不仅要考虑浇冒口系统设计 优化，排气系统布局合理，使型腔和砂芯排气通畅， 还要注重型砂、砂芯参数的控制，以及金属液的浇注 参数和浇注时点火引气对铸件排气能力的影响。这些 工艺设计参数、砂型性能参数、浇注参数控制对铸件 质量影响甚大，有利于防止铸件产生气孔和粘砂等缺 陷。砂型和砂芯不仅要排气好，还要发气量低，透气 性好。 ( 5 ) 合理的排气系统是在型腔内金属液形成表面 氧化膜之前能及时将型腔气体排出，排除铁液内部的 气体比排除型腔内液面上方的气体以及型砂、芯砂的 气体更为关键。而排除铁液内部气体的关键是提高铁 液表面温度，使铁液表面推迟形成氧化膜。适当提高 浇注温度、浇注速度和排放冷铁液均有利于提高铁液 顶面温度，推迟表面形成氧化膜，有利于排除铁液内 部气体，防止铸件产生气孔和气缩孔。 ( 6 ) 浇冒口系统设计与排气系统设计要配合到 位，对铸型型腔、砂芯的排气能力、排气面积要加以 校核优化。对于树脂砂造型铸件、高压湿型砂造型件 及气缸、液压、涡轮增压器涡轮壳、中间壳类复杂薄 壁铸件，总排气总面积往往要大于内浇道及阻流面积 2 6 8 F O U N D R Y M a r 2 0 1 7 V O I 6 6N 0 3 的1 5 2 5 倍，才能使型腔气体顺畅排出，保证铸件质 量。 ( 7 ) 浇注系统设置要合理，要考虑型腔排气畅通 及金属液平稳地流入铸型。浇注系统设计优先采用中 注式或阶梯式浇注工艺，提高型腔内上部的金属液温 度，形成型腔内上高下低的金属液温度梯度，为金属 液中气体顺利溢出创造有利客观条件。 ( 8 ) 砂芯结构要设计合理得当，排气孔、通气道 必不可少，砂芯芯头设计要足够大，砂芯与铸型配合 密封到位，保证排气畅通，防止金属液进入出气孑L ， 堵塞排气道，铸件产生气孔、呛火等缺陷。 ( 9 ) 合理选用和设置排气塞，能弥补芯盒结构或 砂型砂芯本身结构的一些不足，得到成形良好的砂芯 和铸型。 ( 1 0 ) 设计排气系统时，有必要对铸型型腔、砂 芯的排气能力、排气面积进行理论计算，并要加以校 核优化，具体还需要实践验证及不以铸件产生气孔类 缺陷为准。 ( 1 1 ) 在砂型铸造生产中，浇注时及时点火引气， 能够将型腔内产生的气体排出，减少型腔内产生气压， 有利于金属液的充型，防止铸件产生气孔、呛火、爆 炸性粘砂缺陷及金属液喷溅安全事故。 参考文献： 【1 中国机械工程学会铸造分会铸造手册：铸造工艺 M 3 版北 京：机械工业出版社，2 0 1 1 ：4 0 7 4 0 8 2 方世良，张娜，孟兆亚，等高密度造型型腔排气系统对灰铸铁 件粘砂的影响 J 】铸造，2 0 1 5 ( 2 ) ：1 5 7 1 6 1 3 周亘，王峰，张全对铸铁件气孔和气缩孔防止措施的认识 J 现代铸铁，2 0 11 ( 1 ) ：5 9 7 0 4 刘文川气缸体类复杂薄壁件型腔排气系统的合理设计 J 现代 铸铁，